【风景园林学科国家自然科学青年基金项目研究】水生态服务与江南水网空间形态的耦合机理研究

2023-05-18 23:00:13

水生态服务与江南水网空间形态的耦合机理研究

(《南方建筑》2016年第四期)

 

作者   汪洁琼1  祺2 

作者简介  1同济大学建筑与城市规划学院景观学系,讲师;墨尔本大学设计学院,博士;2墨尔本大学设计学院,硕士

 

摘要 江南水网呈现日益退化、传统空间形态消解、生态服务丧失等突出问题,成为困扰城市水安全乃至阻碍其可持续发展的主因。文章在全面爬梳国内外城市可持续主流理论的基础上,阐明生态服务效能与空间形态之间耦合的机理研究至关重要且迫在眉睫。基于人居环境三元论的思想,厘清人居环境背景中的生态系统与人居环境建设中的空间形态之间的互动关系,提出高效的生态服务是空间形态构建的核心。文章简述获得国家自然青年科学基金资助的项目的理论体系、研究目标与预期成果。

关键词 人居环境学; 风景园林; 生态服务; 空间形态; 可持续; GIS

 

 

引言

  在中国全面迈向城市化的进程中,一方面绿色、低碳、可持续的倡导充斥规划设计行业,成为业界最流行的标签,另一方面空气安全、食品安全、水安全的话题却不绝于耳,成为最受关注的民生问题,在这两股现实矛盾之下,城市可持续理论向环境与生态维度的回归成为一种必然,生态服务的概念呼之欲出。2004年,Wheeler在其《Planning for Sustainability》(可持续规划)一书中向传统的3E理论模型提出挑战,认为WCED委员会长期倡导的3E可持续模型,所力求达到的经济、环境与公平之间的平衡关系在很大程度上成为不同国家、不同行业、不同利益之间相互推诿的起因。事实上这种平衡的关系难以实现,在经济维度和公平维度的诉求下,环境最终只能成为被牺牲的对象。也正因为如此,人类所面临的整体环境在可持续理论提出之后并没有得到跨越式的改善。在近期气候变化、极端气候频发的议题下,Wheeler提出新的3E模型,认为真正的可持续发展是能促进人类系统与生态系统长期健康的,换而言之,经济维度只能成为社会和环境维度的子集(图1),而环境或者生态全球观应当作为可持续的基石。

                           
1 从以经济为核心转向以生态为核心

  在素以“鱼米之乡”为特征的江南水网地区,江南水网地区渠化现象普遍、河网密度不断下降,河网复杂度降低、水系主干化、单一化严重、水面率不断降低,从而导致水体流通性减弱、水质变差、洪涝泛滥等现象的频发,水网肌理规律日趋复杂无序,以水乡为特征的地域性特色与文化特色丧,水网处于逆向演化状态,即退化状态。从现实的角度看,单纯“就水治水”工程化的途径能在一定程度上或短期内防洪或改善水质,但不能从本质上解决水网退化及水安全的问题。因此,要阻止江南水网的进一步退化、保证城市水安全,就要对聚居建设及其空间形态进行再思考。基于人居环境三元论的思想,本文将人居环境背景中的生态系统与人居环境建设中的空间形态进行互动分析,提出高效的生态服务是空间形态构建的核心,厘清生态服务效能与空间形态之间的耦合机理是实现城市可持续的重要基础。通过对生态服务的细分与参数化构建空间形态的评价模型,从而探索高效的生态服务所具有的空间形态的特征、组合规律、变化过程以及规划设计策略。

 

1以生态服务为核心的规划设计新诉求

  在可持续理论方面,Birkeland2008年提出了一种重要的观点——以生态服务为核心的正开发(Positive Development)。其观点倡导以生态服务为核心的规划设计是实现城市可持续的有效途径,她认为通过激发高效的生态服务能有助于形成健康的生态系统,使生态系统做功,从而对环境造成积极的影响,而非消极的破坏。其中,“生态服务”是用于描述“由自然系统提供的生态产品与服务”的简称,其中包括“生产食物、调节当地和全球的气候、为植物授粉、减少洪水、管理暴雨径流等等”Birkeland的观点突破了原有可持续理论界对于开发所持的消极观念,以“正开发”既取代了长时间以来“低影响”、“零影响”为主旨的主流观点,也打破了原有生态学与规划设计专业各自为营的局面,认为生态服务效能的高低是检验规划设计成果优劣的标准,为可持续的理论与实践都提供了新的思路与出路。在Birkeland之前,尽管有一些学者对于生态服务的作用进行了关注,但大多都是基于生态学和生物学的考量,出自城市规划与设计学科的研究却是寥寥无几,主要包括以下这些方面。

1.1影响减少理论:城市与自然景观的剥离

  基于环境伦理的观念,McHarg倡导风景园林专业应当“设计结合自然”,生态原则应当成为处理规划设计问题首要原则,其创造性地提出基于“适宜性”思想的“千层饼”的分析方法。以Forman为代表的景观生态学则强调将城市及其景观看作一个有活力的生命体系统,具有结构(structure)、功能(function)和变化(change)三大特征。其中的“功能”和Birkeland所强调的生态服务类似,它是显示某一景观或生态系统是否健康的主要指标。无论是McHarg还是Forman的理论在实践层面都强调通过识别生物栖息地、生态敏感的斑块和廊道,来限制城市发展的空间,从而减轻城市开发对生态敏感地段可能产生的消极影响。随着现代城市的不断向外扩张,这种通过将城市与自然环境剥离的途径,并没有将城市看作景观整体的组成部分,也难以保障城市内部生态环境的良好。

1.2零影响理论:线性减少思路

  继《京都议定书》开始,低碳、零碳、零废弃物等以减排为核心的概念不断涌现,并随着每年全球气候大会的召开,越发受到关注。然而,这种零影响思路本身存在问题:首先它认为开发必然导致消极影响,基于此,人们所能做的最多是将人类系统设计得更有效率从而减少这种影响,而并非从提高生态承载力出发来设计更健康的系统。再者,这种思路也意味着线性减少的思维方式,即所有的设计以减排为目标,那么会导致一系列线性的推理——可持续能源、绿色建筑、低排放的公共交通、高密度、紧凑城市。一方面减排并不能解决与环境有关的其他问题,诸如森林退化、水污染、土壤污染、空气污染或栖息地丧失等等;另一方面,无限紧凑的城市也不是实现城市可持续的有效途径。

1.3可持续城市形态理论:自相矛盾的无解

  在可持续理论方面,文献中充斥着大量对于理想城市形态的讨论,包括紧凑抑或分散、垂直抑或水平、单中心抑或多中心,然而对于不同的城市形态,支持与批判的观点都此起彼伏。首先,紧凑性不能作为城市可持续的必然条件,因为紧凑意味着高层高密度,而引发绿地空间与绿化覆盖率的降低,从导致城市热岛效应(UHI)的激增;热岛效应势必带来在城市范围内更多的使用空调等能源消耗大的方式,因此与可持续的目标相去甚远。其次,在郊区,增加的建筑密度通常导致每块用地的减少,因此减少了原有房前屋后植树或种菜的空间。最后,城市的人口与紧凑程度应取决于其本身的承载力,例如淡水的供应量限制了墨尔本等半干旱地区的城市能容纳更多的人口。就多中心城市而言,同样也充斥着自相矛盾的批判:例如各中心之间物资或食物的供应会导致交通运输方面大量的能源消耗;若新城不能提供满意的工作或医疗、教育等公共服务,那么人们来往于城市中心与新城之间的交通,也意味着不可持续的能源消耗。

1.4主流可持续理论在中国实践中的困境

  这些可持续的主流理论在中国实践的困境主要包括:其一,主流理论对于开发所持的消极态度从本质上不符合中国现实,面对全面城市化的必然,需以积极的态度面对问题,单纯地、批判性地抵制开发是无效的;其二,经济成本是在中国推行可持续实践的必然考量,许多减排为主的工程技术措施导致高成本高维护,只能沦落为展示的样品,而并不能成为广泛普及的方式。因此,Birkeland提出的以生态服务为核心的规划设计策略,通过借助自然之功运作,具有低成本、低维护的现实意义。

 

2江南日益退化的水网引发对于聚居建设及其空间形态的再思考

  从水的生态服务的角度看,2005年出版的《新千年生态系统评估报告》中指出,全球淡水资源提供给人类8种重要的生态服务,其中包括淡水的提供、鱼类养殖、捕鱼业、径流调节、水体自净、雨洪管理、水循环、营养物循环等。但报告也明确指出这8种生态服务中,仅有鱼类养殖这一种生态服务处于上升趋势,其他生态服务都面临不同程度的退化危机。

  水网是江南的“血管”,是鱼米之乡的基础,在江南,“美丽中国”应当从水开始。江南水网地区所面临的现实困境是径流调节、雨洪调节和水体自净等与水相关的生态服务功能不断丧失,而这些重要的生态服务在当前城市发展的规划设计实践中并没有得到全面的理解和关注。对于水的问题,不能“就水治水”,过去那种裁弯取直、渠化等工程化的手段,已经被证明在修复日益退化的水环境过程中,是有百害而无一利的。人居环境学提出从“背景、活动、建设” 3个纬度来看待人居环境的可持续发展问题,因此,要阻止江南水网的进一步退化,就要对聚居建设及其空间形态进行再思考,将人居环境背景中的生态系统与人居环境建设中的空间形态进行互动分析,探索生态服务效能与水网空间形态之间耦合的机理。

  在与水相关的三大生态服务中,雨洪管理是近年来的研究重点,包括英国的“可持续城市排水系统”(Sustainable Urban Drainage System, SUDS)、美国的“低影响开发”(LowImpact Development, LID)、新加坡的“活跃、美丽、洁净水项目”(Active Beautiful and Clean Water Program, ABC)、以及澳大利亚的水敏感城市设计(Water Sensitive Urban Design, WSUD)。其中WSUD在澳大利亚已被广泛使用,它树立了水资源的可持续性和环境保护都很“敏感”的规划设计的典范。托尼黄与王建斌(2014)认为,WSUD理念则更全面地包含了更多可持续水管理与规划设计中的交互式因素,因此更有效地融合了未被传统水系统设计包含的种种考量,并更容易抓住当前水管理改善诉求产生地各种契机。从而可以看出,WSUD不仅仅针对雨洪管理,它是关于人居环境中水资源管理的整合途径,通过WSUD,供水、排水、灰水、地下水这些系统都得到充分的考虑,其从再循环、再利用的角度实现了资源保护,也有利于人居环境中整体水环境的健康。在现有的和WSUD相关的文献中,对于雨水生物过滤系统(stormwater bioretetion, rain-gardens or biofilters)的论文是较多的。从国内文献的角度说,“水敏”这个专业名词是比较新的,最近的、比较完整的文献是《中国园林》杂志在2014年出版的第4期《水敏型城市设计与湿地》。其中刘海龙等从景观水文的理念出发,强调场地产—汇流分析及雨洪管理策略与场地景观设计相结合,以达到解决内涝、营造水景观、塑造场地精神等多重目标。袁旸洋、成玉宁则强调水敏感城市设计在地下水保护方面的价值。、与水敏感城市设计相接近的概念,在201410月出台的《海绵城市建设技术指南》中采用美国“低影响开发雨水系统”为蓝本,其侧重点在于构建城市的雨洪安全。该技术指南的出发点在于批判当代城市建设过程中对于不渗透性铺装的大量使用,将城市排水的压力归结到市政管网,因而提出城市应当向“海绵”般地能吸纳更多的地表径流,从而减轻市政管网的排水压力以及城市河流所承担的洪峰。然而,江南地区由于地下水位普遍偏高,最大降水量集中且丰值甚高等气候特征,雨洪调节的难度很大,并伴随河道淤积、水质污染等其他水环境、水生态方面的问题。因此,单纯依赖海绵城市建设解决所有的水生态的问题困难重重,从而需要从三大水生态服务的角度,从整体上对水网空间形态进行把握。

  总体来看,目前国内外对于水网空间形态与生态服务效能之间的相互关系并没有给予应有的重视和理解。其一,可持续的主流理论在发展中国家应用过程中,存在高成本、高维护、或消极批判等不适宜性的问题,以生态服务为核心的规划设计思想是低成本、低维护的出路;其二,国内在水安全及其空间形态方面的研究,规划设计专业与环境专业的研究呈现各自为营的局面,前者围绕滨水空间,后者围绕水环境治理。相对而言,国外以水敏感城市设计为代表,已将与水有关的问题与规划设计、空间形态联系在一起考虑;其三,提供生态服务的设计是国际最前沿的理论,但如何通过规划设计来优化空间形态,从而提高生态服务效能方面的研究还寥寥无几。

 

2 研究内容


3厘清空间形态与生态服务之间的耦合机理

  作为获得国家自然科学基金资助的青年科研项目,课题突破以往景观研究形态与生态剥离的局限性、突破景观生态研究纸上谈兵、停留于理论层面的困境,通过生态服务这一全新的角度,来研究空间形态的优化对水生态安全所起的积极作用,进而拓展研究深度,不仅停留在定性判断,更要通过对水网生态服务评价模型的量化。基于人居环境“背景、活动、建设”三元论,探寻水网空间形态与生态服务效能之间的耦合机理,在此基础上构建提出规划设计对策,探讨如何通过优质水网空间形态的模式总结,提炼出其空间形态优化的技术标准,从而指导当前的规划设计(图2)。通过使径流调节、雨洪调节、水体自净三大退化的生态服务得以恢复,进而实现江南地区水生态安全。

  (1)创立江南水网的GIS生态服务评价模型

GIS生态服务评价模型(GIS-based Eco-services Evaluation ModelGEEM)是作者在博士学位论文阶段创造性提出的重要研究成果之一,该方法提供定性的分析图纸与定量的数据来诊断哪些水和绿地空间形态提供了何种程度的生态服务,其价值已得到国际相关专家与国际出版社的认可,并出版在《Eco-Services For Urban SustainabilityStrategies ForPhysical Form and Planning in the Yangtze River Delta of China》(实现城市可持续的生态服务:中国长三角地区的空间形态与规划策略)一书中。GEEM是在格栅化图形环境(raster-based environment)下,以GIS模型(GISModeling)以及空间分析(spatial analysis)为主的分析方法。关于GEEM的研究方法和作用已发表在作者所写的诸篇论文中,在这里不再赘述。

  现有的GEEM存在的问题包括:其适用范围是新城;生态因子参数多为文献爬梳所得;各生态因子未赋加权重。针对以上问题,本课题拟创立江南水网的GIS生态服务评价模型,其突破之处在于:适用性由新城转向更广阔的地区;借助同济大学重点实验室的实验设备对实地环境数据进行监测,从定性走向定量;根据实地监测数据的结果,发现新的、被忽视的生态因子,并对各个生态因子进行赋加权重。新创立的水网地区的GIS生态服务评价模型,具有易于操作、快速直观的特点,可运用到规划决策、开发项目的审批、并能对水网的动态变化做长期的追踪研究,对其可能出现的问题发出预警。

  2)发现优质江南水网空间形态的模式并建立技术途径

  江南的生态安全应当从水开始,因为水网是江南的“血管”,是决定江南整体生态环境是否健康的指标。通过以上创建的GEEM,课题将阐明水网空间形态与生态服务效能之间耦合的机制原理,进而归纳总结优质江南水网空间形态的模式,并建立实现优化的技术途径。

  3)从评价标准和实践的角度补充“设计实现生态服务”的理论体系

  在可持续理论方面,生态服务与规划设计相结合是Birkeland2008年首次提出的,其中对于发展中国家,她特别提到提供生态服务的设计致力于创造出一种可提供生态系统功能、修复和成长的空间,这些空间使用了较少的机械系统、较低科技含量的技术和较低的建造成本,因此较为适合发展中的国家。课题延续Birkeland的思路,选择江南水网地区展开研究,从国际前沿理论的角度,推进了规划设计专业对生态服务的理解和关注,通过GEEM这一扎实的评价标准,来补充“设计结合生态服务”的理论体系,进而通过课题所要研究的实例,从实践的角度证明完善其理论。



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